AM 06: Kollisionserkennung

Dieser Wiki-Beitrag ist Teil eines Projektes, welches im Rahmen vom Fachpraktikum Elektrotechnik im 5. Semester Mechatronik absolviert wurde. Ziel des Beitrags ist es, eine nachhaltige Dokumentation zu schaffen, welche die Ergebnisse festhält und das weitere Arbeiten am Projekt ermöglicht.

Das Ardumowerprojekt in Kooperation mit dem Masterstudiengang Business and System Design Engineering hat zum Ziel, einen voll funktionsfähigen autonomen Rasenmähroboter in Betrieb zu nehmen. Dazu werden die notwendigen Aufgaben für die Erfüllung des Projektes auf einzelne Projektgruppen aufgeteilt.

Autoren: Michael Hofscheuer, Martin Hinteregger

Betreuer: Prof. Schneider

Aufgabe

Die Kollisionserkennung des Ardumowers soll eine Beschädigung von Objekten, im schlimmsten Fall Menschen oder Tieren, sowie am Ardumower selbst, vermeiden.

Beim Kontakt mit einem Objekt sollen die Antriebe schnellstmöglich abgestellt werden und eine Umfahrung eingeleitet werden.

Einleitung

Buper-Duino Board von Ardumower

Der Ardumower soll mit einer Kollisionserkennung ausgestattet werden, um ungewollte Unfälle, Ausfälle und Schäden zu vermeiden. Hierbei ist es wichtig, dass der Ardumower eine Kollision mit einem Objekt erkennt und entsprechende Maßnahmen unternimmt, um sich selbst und das Objekt nicht zu beschädigen. Die Anbringung einer solchen Erkennung Erfolg in Fahrtrichtung. Mögliche Störfaktoren sind:

• zu hohes Gras
• starke Steigungen (Hügel)
• zu lange Einparkdauer (Akku leer)

Bei diesem Projekt wurde die Kollisionserkennung mit dem Bumper-Duino gewählt, welcher auf Druck reagiert. Weiter Ideen und Konzepte zur Kollisionserkennung sind in einem Eigenen Unterpunkt aufgeführt. !!!LINK!!!!

Einer Detektierung mittel Ultraschallsensoren ist möglich, allerdings sehr Fehlerbehaftet, da es sehr empfindlich auf die Umgebung reagiert (z.B. Helligkeit). Es sind drei Ultraschallsensoren vorhanden, welche als zusätzliche Kollisionserkenner eingesetzt werden können. Die Haupterkennung der Objekte wird über das eigens entwickelte Ardumower Zusatzboard "Bumper-Duino" realisiert.

Schnittstellen zu anderen Projektgruppen

AM 01: Mechanischer Aufbau des Mähroboters - die erstellte Hardware soll an der Front angebracht werden

AM 05: Energieversorgung - Stromversorung des Bumperduino

AM 07: Kartierung und Navigation - die Kollisionserkennung liefert HInweise auf statische und dynamische Objekte, welche eingezeichnet werden müssen

AM 12: Ardumower Hauptplatine - Hardware - Hardwareinstallation der Signal+bertragung

AM 13: Ardumower Hauptplatine - Software - Verarbeitung der Signale der Kollisionserkennung

AM 14: Mäher-Interface - Bedienelement zur Deaktivierung der Kollisionserkennung

AM 20: Mähstrategie - der Mähstrategie muss auf die Kollisionen angepasst werden

Erwartungen an die Projektlösung

• Einarbeitung in die bestehenden Ardumowers-Unterlagen
• Planung der Kollisionserkennung
• Beschaffen Sie die Bauteile
• Aufbau und Inbetriebnahme der Kollisionserkennung
• Umfassende Fumktionstests
• Erstellen Sie ein faszinierendes Video, welches die Funktion visualisiert.
• Test und wiss. Dokumentation

Schwierigkeitsgrad

• Mechanik: **
• Elektrotechnik: **
• Informatik: *

Bumper-Duino

Der Bumper-Duino ist ein eigens entwickelte Board, welches Hindernisse sicher erkennt. Das Board arbeitet auf der Basis von zwei Drucksensoren, die wiederum ein geschlossenes Schlauchsystem überwachen. Ändert sich der Luftdruck in einem der Schläuche in einem bestimmten Maß, schlägt der Sensor über seine open collector Ausgänge Alarm. Der Sensor ist mit einer eigenen Mega328 MCU ausgestattet. Auf dem Mega328 befindet sich der Arduino Bootloader aus der UNO Serie. Somit ist es möglich in der Arduino IDE den Sketch zu bearbeiten und zu verändern.

Projektdurchführung

Schaltplan Buper-Duino Board

In einem Kick-Off Meeting teilen die Projektleiter des BSE-Masterstudiengangs die einzelnen Themen in größere Bereiche auf, um die Projektkoordination zu vereinfachen. Die Kollisionserkennung wird in die Gruppe Sensorik eingeordnet. Weitere Projekte in der Gruppe Sensorik: Anhebeschutz DGPS PID-Regler

Zusätzlich wird bekannt gegeben, dass im Rhytmus von zwei Wochen ein Wochenbericht jeder Gruppe im SVN hochzuladen ist, um den aktuellen Projektfortschritt überwachen zu können und um mögliche Probleme möglichst früh erkennen zu können.

Die zur Kollisionserkennung genutzte Platine wird unbestückt geliefert. Alle Bauteile, wie z.B. Kondensatoren, müssen auf die Bumper-Duino Platine aufgelötet werden. Hierfür wird die Platine eingespannt und die Bauteile einzeln, wie auf dem Schaltplan, aufgelötet.

Projektplan

Das Gesamtprojekt wird in drei Meilensteine aufgeteilt. Zunächst soll die Beschaffung stattfinden, dann schließt sich ein Funktionstest an, gefolgt von einem Integrationstest. Am 14.01.2017 soll das Gesamtprojekt vorgestellt werden können.

Verwendete Bauteile

1 x Bumper-Duino Platine

Kondensatoren

9 x	100nF
2 x	27pF
2 x	330nF
5 x	10µF
1 x	22µF

Widerstände

7 x	1K
4 x	10K
4 x	100 R
1 x	2K7

Sonstige Bauteile

2 x	T1-2 BC547 TO92
2 x	LED 3mm Rot
1 x	LED 3mm Gelb
1 x	LED 3mm Grün
1 x	1N4004
1 x	SMD-PTC
1 x	L1 10µH
1 x	ATMEGA328P-PU + Sockel
1 x	OPA2340PA + Sockel
2 x	MPX5010DP FREESCALE + 4 Schrauben und 4 selbstsichernde Muttern
1 x	HC49/S (16MHz)
1 x	U6 LM2940CS

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Zusätzliches Material (nicht im Bausatz enthalten)

3 x	Schraubklemmblock 0,75mm² Polzahl 2
6 x	Schraubklemmblock 0,75mm² Polzahl 4
4 x	Schraubklemmblock 0,75mm² Polzahl 5
5 x	Schraubklemmblock 0,75mm² Polzahl 6
3 x	HC-SR04 Ultraschallsensor
1 x	FTDI FT232RL 3.3V 5V Basic Program Downloader USB to TTL for Arduino
75 x	Breadboard Jumper Wires Patchkabel mit M/M Stecker
75 x	Breadboard Jumper Wires Patchkabel mit F/M Stecker
1 x	Kippschalter Ein - Aus
1 x	PVC-Schlauch Schego 610
5 x	Verschlussstopfen, 4 mm
2 x	Gardena PVC Schlauch-T-Verbinder 4 mm 2er Set 7300-20
1 x	Streifenrasterplatine, Hartpapier, 160x100mm

Weiterführende Links

• Ardumower Wiki
• Web-Shop: Bumper-Duino
• YouTube: WTV020 Video-Vorstellung

YouTube-Video

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